4. Материальный и тепловой баланс процессов горения

   1. Теоретически необходимое количество воздуха

Теоретически необходимое количество воздуха - это количество, которое требуется для полного окисления горючих элементов 1кг твердого или жидкого либо 1м³ газообразного топлива. Расход кислорода и количество образующихся продуктов сгорания вычисляют из стехиометрических уравнений реакций горения углерода, водорода и серы:

• углерод:

;

• водород:

;

• сера:

;

Для полного сгорания одного килограмма углерода требуется 32/12 килограмма кислорода, для 1кг серы требуется 32/32 килограмма кислорода, для 1кг водорода требуется 32/4=8 килограмм кислорода. Доля соответствующих горючих элементов в 1 кг твердого или жидкого топлива составляет соответственно: .

Плотность кислорода в нормальных условиях =32/22,4 = 1,429 . Тогда суммарный объем кислорода необходимый для полного окисления горючих элементов топлива составит,

(4.1).

Так как в единице объема воздуха содержится примерно 21% кислорода, уравнение для расчета теоретически необходимого количества воздуха для сжигания 1кг твердого или жидкого топлива может быть записано в виде,

(4.2).

Для обеспечения полного сгорания топлива воздух подают в топку в количестве большем теоретически необходимого. Отношение действительно поданного количества воздуха к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха, .

2. Объем продуктов сгорания

При тепловых расчетах котла энтальпию продуктов сгорания за каждой поверхностью нагрева определяют по составу дымовых газов и температуре. Для расчета энтальпий продуктов сгорания необходимо знать объемы продуктов сгорания.

При полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива в образующихся газообразных продуктах содержатся только продукты полного окисления горючих элементов , , и азот воздуха . Получающиеся в этом случае объемы газов называют теоретическими объемами газов:

(4.4).

Теоретический объем сухих трехатомных газов при сжигании твердого и жидкого топлива составит, :

(4.5).

Теоретический объем азота, образующийся при сжигании твердого и жидкого топлива, :

(4.6)

Теоретический объем водяных паров включает влагу, образующуюся при окислении водорода топлива, за счет перехода влаги топлива в газообразное состояние и за счет влаги, содержащейся в воздухе, может быть рассчитан по уравнению:

(4.7)

где - влагосодержание, принимаемое в расчетах равным 0,01 ;

и - плотность воздуха и водяных паров соответственно, ;

- удельный расход пара на распыл мазута (составляет 0,3 при использовании паровых форсунок).

Избыточное количество воздуха приводит к увеличению объема азота в продуктах сгорания. Объем азота в этом случае рассчитывается по уравнению:

Объем водяных паров в продуктах сгорания рассчитывается по уравнению:

В продуктах сгорания появляется также кислород. Его объем рассчитывается по уравнению:

Поэтому действительный объем продуктов сгорания может быть рассчитан по уравнению, :

(4.8).

Объем сухих газов рассчитывается по уравнению, :

(4.9)

Объемная доля компонента в сухих продуктах сгорания, например азота, может быть рассчитана по уравнению:

(4.10)

Массовый выброс компонента, например диоксида серы рассчитывается по уравнению, :

(4.11)